Summary
El modelo de partida de fútbol sub-concusión es segura y concisa aproximación metodológica para aislar y medir los efectos de los impactos sub-concusión de cabeza.
Abstract
Sub-concusión hits representan una amenaza para la salud neuronal como han demostrado inducir daño neuronal estructural y deterioro funcional sin causar sintomatología hacia fuera y parecen ser un contribuyente clave a una enfermedad neurodegenerativa irreversible, crónica encefalopatía traumática (CTE). Además, los atletas pueden incurrir en más de 1.000 de estos hits por temporada. El modelo de partida de fútbol sub-concusión (SEHM) es un método pertinente, reproducible y líder de aislar y examinar los efectos de estos impactos de cabeza sub-concusión. Controlando variables tales como bola de velocidad, la frecuencia de impactos, intervalo, colocación de la bola a la cabeza, que viaja, así como mediante la medición de la magnitud del impacto principal, el SEHM ofrece a la comunidad científica con una avenida superior de investigar el agudo Sub-concusión efectos en la salud neuronal. En este trabajo, demostramos la utilidad de la SEHM en estudiar una curso de tiempo expresión del polipéptido del neurofilament-luz (NF-L) en plasma en forma de medidas repetidas. NF-L es un marcador de daño axonal que se ha demostrado previamente para ser elevados en los boxeadores y futbolistas tras sub-concusión cabeza del trauma. Treinta y cuatro adultos mayores futbolistas fueron reclutados y asignados al azar a cualquier título de fútbol (n = 18) o (n = 16) grupo. El grupo de partida ejecutado 10 cabeceras con balones proyectadas a una velocidad de 25 millas por hora durante 10 minutos. El grupo coleando siguió el mismo protocolo con 10 tiros. Las muestras de plasma fueron obtenidas antes y a 0 h, 2 h y 24 h después de la partida/patadas y evaluaron expresiones NF-L. El grupo de partida demostró un aumento gradual en la expresión de NF-L de plasma y alcanzó su punto máximo a las 24 h después del Protocolo de la partida, mientras que el grupo coleando seguía siendo constante a través de los puntos del tiempo. Estos resultados confirman los datos de NF-L de estudios de campo clínico, fomentando el uso de la SEHM para validar datos clínicos subconcussion.
Introduction
A largo plazo, la exposición repetitiva a impactos cabeza sub-concusión se ha propuesto como uno de los principales contribuyentes para el desarrollo de la enfermedad neurodegenerativa CTE1,2,3,4,5 . Cada año, aproximadamente 2,5 millones alta escuela y Colegio los atletas participan en deportes de contacto que con frecuencia inducen estos insultos sub-concusión por aceleración-desaceleración rápida del cuerpo y la cabeza6,7. Específicamente, los atletas de deporte de contacto pueden experimentar varios 100 hasta 1,000 de estos impactos por temporada6,8,9. Además, otras poblaciones, como los militares hombres y mujeres, han registrado más de 300.000 lesiones en la cabeza desde el año 2001, que se manifiesta en el reciente diagnóstico de la CTE dentro de un veterano militar retirado10. Este paralelismo de diagnóstico con 110 cerebros post mortem de CTE de jugadores de fútbol americano y cuatro futbolistas post mortem para presentar un problema salud pública creciente11,12. A la luz de la asombrosa prevalencia, impacto principal investigación debe cambiar su mirada para incorporar sonido, precisa métodos de analizar los golpes sub-concusión deuda aguda inducen en una variedad de arenas.
La SEHM presentado aquí es uno que satisface la necesidad metodológica actual con seguridad inducir tensiones mecánicas comunes colocadas en tejido neural durante actividades deportivas de contacto. La implementación de este modelo permite a los investigadores manejar meticulosamente bola viajando a velocidad, la frecuencia de impactos, intervalo, colocación de la bola a la cabeza, así como las medidas de la cabeza de impacto magnitud13,14. Mientras que estos factores son prácticamente imposibles de controlar en el ambiente de campo, la SEHM proporciona una salida para los investigadores aislar los efectos de los impactos sub-concusión de cabeza. Además, a través de la eliminación de variables confusoras visto durante el juego (por ejemplo, efectos de ejercicio vigoroso, daño corporal, cambio de temperatura del cuerpo y de hidratación/transpiración), la SEHM ofrece un método superior de validar las observaciones clínicas .
La SEHM tiene paralelismos directos impactos cabeza visto específicamente en el ámbito del deporte. Como tal, la literatura ha comenzado ya a mostrar su utilidad y corroboran los hallazgos de cabeza acumulada carga de impacto de otros investigadores. Por ejemplo, hemos demostrado que la carga de la sub-concusión cabeza impacta significativamente la disfunción neuro-oftalmológicas en coche entre los atletas de fútbol13,15. Además, como pocos como impactos sub-concusión 10 han demostrado que inmediatamente perturban la función vestibular que puede normalizarse después de 24 h de descanso16. En este informe metodológico, se describe la aplicación de la SEHM para estudiar los efectos de los impactos de cabeza sub-concusión e introducir uno de nuestros resultados que repetitivos impactos cabeza sub-concusión aumentan gradualmente la concentración de un derivado de la neurona de forma segura biomarcadores de sangre, es decir, NF-L14. Este hallazgo no sólo corrobora los resultados anteriores de la presencia de NF-L debido a repetitivos sub-concusión golpes en la cabeza17,18 , sino que también valida que la SEHM puede reproducir estos hallazgos en forma clínica controlada.
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Protocol
Los autores Compruebe que la Junta de revisión institucional de la Universidad de Indiana aprobó el estudio (protocolo # 1610743422) y se obtuvo consentimiento informado por escrito.
Nota: El SEHM fue integrado en un diseño de medidas repetidas que se pretende investigar cambios entre variables dependientes dentro de sujetos en 0 h, 2 h y en comparación con los valores individuales de la intervención después de la intervención de 24 h. Este diseño de estudio permite a los investigadores rastrear cambios durante un período de 24 h, que es el plazo típico entre las prácticas deportivas. En el presente estudio, los futbolistas fueron asignados aleatoriamente a cualquiera una partida de fútbol (n = 18) o un grupo de patear de fútbol (n = 16).
1. configuración
- Siguiendo la colección de medida línea base (preintervención), comienzan la SEHM con la colocación de un lanzador de bola de fútbol aproximadamente 40 pies el tema, así como el balón se infla a 9 psi.
- La cara de la máquina muestra dos esferas idénticas, que regulan la velocidad de la izquierda y derecha ruedas y un interruptor on/off entre ellos. Establecer estos diales de ambas a una velocidad estandarizada de elección.
Nota: Para este propósito de demostración, se ha establecido la bola velocidad que viaja a 30 mph. Esta velocidad se eligió como simula un saque de fútbol desde la línea lateral al mediocampo. Jugadores de fútbol con frecuencia realizan esta maniobra durante la práctica y juegos. - Lugar 3 pulgadas bloques debajo de las ruedas del lanzador de bola para permitir la trayectoria deseada (no bloques para patear temas). Una vez esta completa, el lanzador de bolas entonces esté inclinado a 40°, que se mide como el ángulo entre la tierra y la línea media de las ruedas giratorias.
Nota: La medida del ángulo se toma con un goniómetro y la máquina se puede ajustar después de aflojar una perilla ubicada a lo largo de los rieles azules donde se carga el balón de fútbol. - Una vez la máquina de fútbol adecuadamente, montar los temas con un acelerómetro triaxial incrustado dentro de un bolsillo banda para la cabeza y colocado directamente debajo de la protuberancia occipital externa (inion) para monitorear aceleraciones cabeza lineales y rotacionales.
- Poner en marcha el software correspondiente para el acelerómetro e introduzca información del sujeto en consecuencia. En este punto, el tema está listo para comenzar los ensayos de familiarización de la intervención (partida, patadas).
2. ensayos familiarización
- Coloque al sujeto de aproximadamente 40 pies delante del lanzador de la bola.
- Asegúrese de explicar el tema que el lanzador de la bola volea el balón a ellos y que simplemente necesitan para simular la intervención contacto con la bola (es decir, sujetos rumbo cogerá la bola con sus manos delante de la frente antes de contacto de la cabeza a la bola se hace pateando temas "atrapará" la bola en el suelo con su pie en el lugar de volear la bola detrás y temas de permanente permanecerá estática y no hacer contacto con la bola).
- Cuando el sujeto comprende y se siente listo, tienen el investigador encienda el lanzador de bolas, carga el balón de fútbol sobre los rieles de azul y finalmente introducir la bola dentro de las ruedas giratorias después de 3-2-1 cuenta atrás.
- Después de dejar la bola como se describe anteriormente (paso 2.2), tienen el tema retroceder la bola.
- Repita los pasos 2.3 y dos 2,4 a cuatro más veces (no hay descanso entre) para asegurarse de que el tema de posicionamiento es correcto e interacción con la bola será segura y controlada. Esto concluye los ensayos de familiarización.
3. la intervención
- Confirmar verbalmente que el tema está listo. Una vez confirmada, dar instrucciones a los sujetos en dirección a sólo hacer contacto de frente con la bola; dígale a los sujetos para evitar posibles impactos a la corona, parietal y lóbulos temporales. Instruir a los sujetos coleando a patear la pelota sólo mientras está en vuelo como contacto de la bola con el suelo atenuará el impacto subsecuente del pie.
- Instruir tanto título y patadas temas para volea la pelota a un blanco (investigador adicional) aproximadamente la mitad de la distancia entre ellos y la máquina. Lo mejor que pueden, pedir temas para hacerlo de una manera que imitará la trayectoria arqueada que la pelota tuvo durante su vuelo hacia el tema.
- Activar el acelerómetro triaxial y comenzar la grabación.
- Carga el balón de fútbol sobre los rieles de azul, empujar la bola en las ruedas giratorias después de 3-2-1 cuenta atrás y asegúrese de que hace contacto apropiado.
- Repita el paso 3.4 nueve veces más con un resto de s 60 entre combates. Si el sujeto renuncia a la interacción con la bola (debido a la inoportuna colocación o sospecha de contacto con el cuerpo en un área que debe ser evitado), luego volley la bola al tema otra vez inmediatamente, sin ningún período de descanso.
- Entre cada contacto cabeza con el balón, comprobar que el acelerómetro triaxial registrado un impacto (mediante software triaxial; patear temas debe no registro G-force).
- Una vez que concluya la intervención, apague el lanzador de la bola y detener la grabación triaxial (importante, como el movimiento para remover la venda podría registrar otro "impacto"). Una vez que la grabación se ha detenido, quitar la venda.
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Representative Results
Los resultados representados fueron interpretados desde un anterior artículo14, en el que se utilizó el SEHM como se describió anteriormente. En este estudio en particular, pretende mostrar cómo la SEHM podría inducir cambios en los niveles plasmáticos de NF-L, que es un marcador de daño axonal que se presume para filtrar fuera del cráneo y en la sangre periférica tras impactos de cabeza.
Cinemática de la SEHM y cabeza
Los datos actuales se derivaron de 34 sujetos que eran elegibles para el análisis (grupo título: n = 18 y coleando [testigo]: n = 16). No hubo diferencias significativas en ninguna característica demográfica entre los grupos. Demografía e impacto principal cinemática se detallan en la tabla 1. Cabeza de impacto datos cinemáticos demostrados que el grupo de partida experimentó una aceleración cabeza lineal media de 31.8 g por impacto principal (IQR: 34.5 31.1 g) y una aceleración de cabeza rotación media de 3.56 krad/s2 por impacto principal (IQR: 2.93-4.04 krad/s2). En cambio, el grupo (control) patado no produjo niveles detectables de aceleración de la cabeza (como era de esperar) (tabla 1).
Efectos de la SEHM en los niveles de biomarcadores de NF-L
La SEHM fue capaz de producir los siguientes resultados. Vea la figura 1 para la representación visual de los resultados14. (i) hubo un aumento gradual en la expresión de NF-L de plasma, como se ilustra por un efecto estadísticamente significativo de tiempo para el grupo de cabeza de impacto, F(1,31) = 9.17, p = 0.0049. Por ejemplo, pg/mL 0.03 de NF-L estima aumentar cada hora después de 10 cabeceras (SE = 0.001). (ii) no hubo ningún efecto de tiempo significativo para el grupo (control) patado, F(1,31) = 1.20, p = 0,28. (iii) carta recordativa emparejada t-pruebas con corrección de Bonferroni dentro del grupo de partida revelaron que apareció una diferencia significativa en dirección posterior h 24 (3.68 ± 0.30 pg/mL) en comparación con la partida (3,12 ± 0.29 pg/mL, p = 0,0013; D de Cohen = 1.898). (iv) regresión, ajuste de la línea de base nivel de NF-L, se utiliza para evaluar la diferencia entre los grupos en el punto de tiempo posterior a la intervención de 24 h y distinguida que el nivel de NF-L en el grupo de partida era significativamente mayor que las patadas del bebé (control) Grupo con una diferencia media estimada de 0.66 pg/mL (SE = 0,22, p = 0.0025).
| Variables | encabezado | Patear el Control | Valor de P |
| n | 18 | 16 | - |
| Sexo | 7M 11F | 6M 10F | - |
| Edad, y | 20.3 ± 1.5 | 21.2 ± 1.4 | 0.089 |
| IMC, kg/m2 | 23,2 ± 2.4 | 24,4 ± 3.2 | 0.236 |
| No. de conmoción cerebral anterior | 0,78 ± 1.0 | 0.63 ± 1.7 | 0.753 |
| Experiencia en dirección de fútbol, y | 9.5 ± 3.6 | 10.0 ± 4.5 | 0.725 |
| Cabeza de impacto cinemática, mediana (IQR), un | |||
| PLA, g | 31.8 (31.1 – 34.5) | -b | - |
| PRA, krad/s2 | 3.56 (2.93 – 4.04) | -b | - |
| Nota: IMC, índice de masa corporal. IQR, rango intercuartil. PLA, aceleración lineal máxima. PRA, aceleración rotacional máxima. Krad, kiloradian. una, que se basa en la suma de 10 cabeceras de fútbol. b, fútbol patadas no causó un nivel detectable de la aceleración de la cabeza. | |||
Tabla 1: Datos demográficos y el impacto de la cinemática por grupo.
Figura 1: cambios en los niveles de NF-L de plasma antes y después de impactos sub-concusión. En el grupo de partida, NF-L fue elevado en dirección posterior 24 h en comparación con la partida y 0 h después hacia puntos del tiempo, pero el grupo (control) patado permanecía estático a través de todos los puntos de tiempo. Nivel de NF-L del grupo de partida en partida después de 24 h fue mayor que la del grupo (control) patado. Los datos se presentan como la media ± SEM. NF-L = luz del neurofilament; SEM = error estándar de la media. La figura se reproduce de Wirsching et al14 , con el permiso de Mary Ann Liebert, Inc., New Rochelle, NY. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
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Discussion
Deportes de contacto como fútbol americano podría parecer estar conduciendo la necesidad de un modelo de investigación concisa para estudiar impactos sub-concusión, otros deportes como el futbol pueden explicar el porcentaje dominante de la exposición sub-concusión del mundo como aproximadamente 265 millones de personas participan en lo que es tal vez más popular deporte19 el mundo. Sin embargo, mientras que la mayoría de los presuntos efectos neurodegenerative a largo plazo de subconcussion ha sido autopsied en jugadores de fútbol americano, el parecido de impactos cabeza fútbol encabezados de fútbol es sorprendentemente grande. Por ejemplo, 10 episodios de la partida de fútbol en el actual estudio inducida por aproximadamente 300 g y 35 krad/s2, que eran cerca de idéntica a anteriores informes similares modelos de subconcussion20,21. Estos cinemática de impacto eran comparables a los éxitos observados en fútbol americano, donde el jugador de fútbol del Colegio promedio incurre 7.0 9.4 hits durante la práctica y 25 hits durante los juegos, con una aceleración lineal de media por golpe de 28.8 32.0 g22 ,23,24,25. Además, otros deportes de contacto como el hockey sobre hielo, tienen que aparecen aceleraciones lineales de cabeza pico similar o mayor, que estos resultados. Por ejemplo, un estudio reciente examinar a ambos atletas masculino y femenino colegial del hockey sobre hielo reveló que, en el transcurso de una temporada, estos atletas registrar aceleraciones lineal máximo de 41,6 g (36.6-49,5 g) y ( g ) 40,8 36.5-49.9 g) para machos y hembras, respectivamente (mediana [IQR])26. Además, el sistema de telemetría de impacto principal que se utilizó en este estudio del hockey sobre hielo reveló que casi un tercio de los varones (28.0% [21,2 33,5%]) y mujeres (29.3% [24.8-32.1%]) (mediana [IQR]) fueron infligidos en la parte frontal de la cabeza26. Estos resultados directamente paralelos a los cabeza impactos inducidos mediante el uso de la SEHM, que indica la gran utilidad clínica de la metodología actual.
Sin embargo, hay una limitación que debe abordarse al intentar extrapolar fútbol y fútbol americano cabeza impactos a otros deportes de contacto como el hockey sobre hielo. Impactos de la cabeza en hockey sobre hielo no son ejercicios de rutina y son penalizados, y generalmente son el resultado de deliberado contacto con otro jugador. De hecho, sub-concusión cabeza impacto incidencia para colegiados del hockey sobre hielo los atletas se sabe para ser substancialmente bajo: 1.3 (1.0-1.7) por práctica y 6.3 (3,5-9,0) por juego para los hombres y 0.9 (0.6-1.0) por práctica y 3.7 (2.5-4.9) por partido para las mujeres26.
El presente estudio no es el primero en explorar la expresión de NF-L después de trauma principal; sin embargo, es el primero en aislar el traumatismo como la causa para la expresión de NF-L fuera del sistema nervioso central. Oliver et al evaluó en suero expresión de NF-L en los atletas de fútbol americano en ocho diferentes puntos temporales a lo largo de una temporada (~ 6 meses)17. Los jugadores fueron clasificados en dos grupos, arrancadores y nonstarters, con la suposición de que atletas de arranque estarán expuestos a cantidades más grandes de los golpes de cabeza, mientras que nonstarters incurrirá en menores cantidades de golpes de cabeza que los entrantes. Los autores identificaron un aumento significativo en expresiones de NF-L de suero en el grupo de arranque con el tiempo a través de la temporada17. Por el contrario, el grupo toda permanecía constante a lo largo de la temporada. Del mismo modo, Shahim et al analizaron suero NF-L niveles boxeadores después de una fase subaguda de traumatismo sub-concusión (antes del 7-10 días)18. En su análisis, los boxeadores fueron categorizados en dos grupos (suave vs cabeza severa impacto grupos) basada en un umbral anecdótico de < 16 vs ≥16 cabeza golpea durante un combate de boxeo, respectivamente. La expresión de NF-L de suero fue significativamente elevada en el grupo de severo impacto principal en comparación con el grupo de impacto leve, lo que sugiere una respuesta dependiente de la dosis a cabeza impacto y biomarcadores expresión18. Mientras que la literatura presenta provoca fuerte razonamiento para NF-L como marcador de axonal lesión, ni estudio exhibe control robusto de variables confusoras, visto a través de deporte (termogénesis, estado de hidratación, contactos de cuerpo, cabeza cinemática, etcetera). Esta diferencia en la metodología es la base de la necesidad de la SEHM. Mediante el uso de la SEHM, Wirsching et al14 y Wallace et al.27 fueron capaces de controlar variables confusoras ya mencionadas, juntadas con el monitoreo ubicación, magnitud y cantidad de impactos de cabeza y estudiar el impacto principal dosis-respuesta Perfil de los niveles de NF-L en la sangre. Por lo tanto, la SEHM proporciona un medio seguro y estandarizado para estudiar el efecto de los impactos de cabeza sub-concusión y validar los resultados clínicos.
La SEHM muestra promesa como un método pertinente, reproducible y líder de aislar y examinar el efecto de los impactos sub-concusión cabeza independientemente del deporte; sin embargo, hay algunas limitaciones a tener en cuenta al adoptar este método. En primer lugar, la SEHM tiene una fuerte capacidad para control de covariables ambientales (descrito anteriormente); sin embargo, esto significa que un centro de control de temperatura interior. En segundo lugar, en un esfuerzo para asegurar contactos cabeza seguros y controlados, establecemos los criterios de exclusión de participantes a un mínimo de 5 años de experiencia en dirección de fútbol. Este corte fue utilizado para eliminar potenciales contactos cabeza perjudiciales debido a la técnica de dirección de principiante. Finalmente, este protocolo requiere equipamiento específico y varios investigadores para llevar a cabo, que puede no ser accesible por unanimidad.
La SEHM proporciona una modalidad valiosa para los investigadores para validar con confianza los resultados encontrados en estudios de campo. Esta confianza surge de la capacidad de la SEHM al control tanto interno y externos factores de confusión tales como la localización del impacto y la cantidad, daño corporal, efecto y transpiración, por mencionar algunos. Además, porque la SEHM ha mostrado cabeza similar magnitudes de impacto como otros deportes como el hockey sobre hielo y fútbol americano, la reclamación se puede hacer que esta metodología tiene gran relevancia clínica no sólo a los atletas de fútbol sino también para fútbol americano, hielo hockey, rugby y los atletas de boxeo. Por último, porque el SEHM no segregar las poblaciones, como lo hacen algunos unisex deportes como fútbol americano, todos los géneros y las etnias se pueden estudiar.
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Disclosures
Los autores no tienen nada que revelar.
Acknowledgments
Los autores desean reconocer la Sra. Angela Wirsching, que fue un colaborador clave para la investigación que citan en la sección de resultados representativos.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| JUGS Soccer Machine | JUGS Sports | http://jugssports.com/products/soccer-machine.html | |
| SIM-G Triaxial Accelerometer | Triax Technologies | https://www.triaxtec.com/workersafety/wp-content/uploads/2017/08/SIM-G-User-Manual_V4-2-01.pdf |
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